Способ извлечения водорастворимых компонентов из морских бурых водорослей, обогащенных фукоиданом и йодом

Область техники

Изобретение относится к области пищевой промышленности, связанной со способами комплексной переработки морских бурых водорослей для производства биологически активных добавок к пище, напитков и косметических средств на их основе.

Уровень техники

В настоящее время растет интерес к использованию морских водорослей не только для употребления в пищу, но и для получения из них различных биологически активных веществ, как основу биологически активных добавок к пище, которые оказывают оздоровительный эффект. Биологически активные продукты в основном получают из экстрактов или концентратов водорослей.

Оздоровительный эффект применения биологически активных добавок используют для компенсации недостатка йода в организме [RU 2164144 С1, 20.03.2001; RU 2152737 С1, 20.07.2000], а также для восполнения недостающих микроэлементов, витаминов, или в качестве адаптогена и/или детоксиканта [RU 2142240 С1, 10.12.1999; RU 2165720 С2, 27.04.2001].

Биологически активные продукты в основном получают из экстрактов или концентратов водорослей. Способы получения экстрактов обычно включают предварительную химическую обработку бурых водорослей гидролизующим агентом [RU 2266750, 27.12.2005], последующее механическое разрушение структуры водорослей в аппаратах роторного типа [RU 2168908 С2, 20.06.2001] и экстракцию. Известно, что в качестве варианта способа разрушения структуры водорослей используют криодеструкцию при низкой температуре. К недостаткам известных способов можно отнести применение химических агентов для гидролиза водрослей.

Наиболее близкое техническое решение описано в технологии приготовления средства "Фуколамин", приведенное в патенте RU №2297234, 20.04.2007. Согласно описанному способу последовательно выполняют деструкцию и гидролиз по меньшей мере одной водоросли из группы, включающей ламинарию, зоостер и фукус, с последующим механическим отделением цитоплазматической фракции и добавлением водного раствора соли поливалентного металла пищевой кислоты, а затем проводят коррекцию кислотности до получения рН 5-7, сушку (отгонку воды) и преобразуют в форму, пригодную для хранения. Деструкцию водорослей производят до однородного состояния путем гомогенизации измельчением, или путем криодеструкции при температуре ниже минус 4°С, или путем кавитационной обработки при скорости истечения не более 120 м/с, гидролиз проводят в кислой среде с рН-5 или в щелочной среде с рН-7. В качестве раствора соли поливалентного металла используют раствор соли из группы: хлористый кальций, аспарагинат магния, малат кальция, тартрат цинка, цитрат железа, цитрат кальция, карбонат магния, пирофосфат алюминия, пирофосфат хрома, причем раствор соли поливалентного металла добавляют в количествах, выбранных исходя из содержания металлов в готовой продукции не более 7 мг/кг.

К недостатку способа можно отнести низкое содержание йода в жидком экстракте, которое составляет 30 мкг/100 г жидкого экстракта «Фуколамин».

Задачей данного изобретения является получение концентрированного полисахарида - фукоидана с сохранением его нативных свойств, а также с высоким содержанием йода.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в повышении содержания биологически активных компонентов за счет эффективного разрушения клеточных структур бурых водорослей и в расширении функциональных возможностей получаемого продукта за счет повышения его биологической ценности и улучшения качества.

Поставленные задачи достигаются тем, что предложен способ переработки морских водорослей, при котором последовательно выполняют измельчение сырья, промывание водой, насыщенной озоном, гомогенизацию смеси сырья в растворе с последующим извлечением водорастворимых биологически активных веществ за счет фильтрации и сушки. Новый способ использует раствор, который дополнительно содержит хлористый кальций в концентрации от 0.25% до 1%. Смесь гомогенизируют до 5 часов при температуре не выше 75°С. После стадии гомогенизации проводят криодеструкцию гомогената при температуре от минус 18 до минус 20 градусов в течение 20-48 часов, для чего гомогенат размещают в емкости от 0,5 до 10 л. Замороженный гомогенат оттаивают, при этом надсадочную жидкость отделяют, а остаток фильтруют через фильтрующий материал.

Описание изобретения

В процессе экспериментальных исследований по отработке способов извлечения биологически активных веществ было обнаружено, что комбинация гомогенизации бурых водорослей с помощью роторных гомогенизаторов в сочетании с дополнительным разрушением клеточных структур, входящих в состав гомогенизата, с помощью криодеструкции при формировании кристаллов льда и выдержке гомогенизата при минус 20 градусов дает возможность повысить эффективность способа извлечения основных макро- и микроэлементов при сохранении их биологической активности.

Способ состоит из следующих этапов. Дробленые бурые водоросли промывают многократно (3-5 раз) водой, насыщенной озоном, до концентрации 10 г на 1 м³. Промытый фукус порционно загружают в гомогенизатор роторного типа. Порционную загрузку в пределах от 10 до 30% от общего количества смеси, в которую входит сырье, вода осуществляет за несколько этапов. Вода дополнительно содержит хлористый кальций в концентрации от 0.25% до 1%. Дополнительное измельчение дробленых водорослей в смеси сырья в растворе проводят при оборотах роторно-пульсационного гомогенизатора, составляющих от 10 до 50% максимальных оборотов двигателя, что обеспечивается вариатором частоты тока. После завершения предварительных этапов загрузки проводят окончательное извлечение водорастворимых компонентов из сырья, при этом обороты двигателя увеличивают ступенчато или плавно за 1-5 минут до максимального значения частоты вращения роторно-пульсационного гомогенизатора и температуры смеси от 55 до 75°С. Использование гидродинамической установки роторно-пульсационного типа с диаметром ротора-статора 350 мм со специальной обработкой и закалкой с мощностью мотора 18-25 кВт обеспечивает воздействие гидроудара и кавитации на клетки растений, что позволяет получить концентрированные растворы и максимально извлечь водорастворимые компоненты.

Проводят гомогенизацию до 5 часов при температуре не выше 75°С. Полученный гомогенат разливают в пластиковые ведра объемом 5-10 л и помещают в морозильную камеру при температуре минус 18-20°С в течение 20-48 часов. Замороженный гомогент выдерживают при комнатной температуре до полного оттаивания. Надосадочную жидкость отделяют методом декантации. Остаток фильтруют через фильтрующий материал.

Жидкую фракцию концентрируют на мембране с размером пор 30 кДa до соотношения фильтрат - концентрат 10:1. На следующем этапе к концентрату добавляют 10 объемов дистиллированной воды и повторно концентрируют через мембрану 30 кДa до соотношения фильтрат - концентрат 10:1.

Концентрат высушивают на сушильных устройствах одним из способов, входящих в группу, состоящую из: сублимационной сушки, сушки в кипящем слое на инертных телах, распылительной сушки.

В качестве бурых водорослей используют Fucus vesiculosus (Fuc.V.), Sargasum Pallidum (Sar.P.) Ascophyllum nodosum (Asc.N.).

Пример 1

В гомогенизатор роторного типа загружают 50 л 0,5%-ного раствора хлористого кальция. 5 кг сухого дробленого фукуса (Ascophyllum nodosum) промывают многократно, до 3 раз водой, насыщенной озоном, до концентрации 10 г на 1 м³. Промытый фукус загружают порционно по 20% в гомогенизатор роторного типа и проводят гомогенизацию в течение 5 часов при температуре не выше 65°С. Гомогенат расфасовывают в пластиковые ведра по 5 л и помещают в морозильную камеру при температуре минус 18°С. Замораживание проводят до двух суток.

Проводят размораживание гомогената при комнатной температуре в течение 24 часов. При разморозке гомогент самопроизвольно расслаивается. Жидкую фазу №1 от осадка отделяют декантацией. Жидкую фазу №2 получают с помощью фильтрации под давлением. Жидкую фазу №1 и №2 объединяют и концентрируют на мембранной ячейке Миллипор с размером пор от 30 кДа до соотношения фильтрат/концентрат как 10:1. К концентрату повторно добавляют 10 объемов обессоленной воды и жидкую фракцию фильтруют через мембрану с размером пор 30 кДa до соотношения фильтрат - концентрат 10:1 для удаления хлористого кальция.

Осадок и жидкую фазу сушат методом сублимации. Содержание сухих веществ в жидкой фазе составляет 3,5-3,9%. Содержание фукоидана в сухом продукте составляет 56-58%. Концентрат сушат лиофильно. Концентрация сухих веществ около 8,6%. Количественное определение фукоидана проведено спектрофотометрическим методом по цветной реакции фукозы с серной кислотой и хлоргидратом L-цистеина, как описано в работе: А.И. Усов, Г.П. Смирнова и Н.Г. Клочкова, БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, Т. 27, №6, стр. 444-448 (2001).

В таблице 1 представлены данные анализа на содержание макро- и микроэлементов в различных фракциях процесса обработки экстракта водоросли Ascophyllum nodosum методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (МС-ИСП).

Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что основные макро- и микроэлементы наибольшим образом представлены в виде солей. Так как содержание брома в экстракте увеличивается в 4,8 раза, можно утверждать, что он связан с молекулами, извлеченными водой. Содержание йода в концентрате после ультрафильтрации показывает его связь с фукоиданом.

Пример 2

Водоросли Fucus vesiculosus (Fuc.V.) и Sargasum Pallidum (Sar.P.) экстрагировали по аналогии с фукусом Ascophyllum nodosum (Asc. N.) по примеру 1.

Сухие экстракты анализировали на содержание полимерных продуктов и определяли моносахаридный состав методом газо-жидкостной хроматографии.

Результаты в процентах о навески представлены в таблице 2.

Полученные полимерные фракции являются смесью фукоидана и ламинарана.

Водоросль Ascophyllum nodosum обладает явными преимуществами перед двумя другими видами водорослей, так как дает фукоидан с наибольшим выходом (56%) с минимальной примесью ламинарана.

Промышленное применение

Предложенный способ извлечения позволяет получать препараты фукоидана с высоким содержанием йода, что открывает его применение как лечебно-профилактического препарата, где йод находится в так называемой органической форме.